一种适用于同塔多回特高压交、直流线路的无导线非接触验电系统及方法与流程

本发明涉及特高压验电技术领域，特别涉及一种特高压电力线路验电系统及方法。

背景技术：

特高压交流或直流线路在进行试验和维修工作时需要确保线路不带电，以保证操作人员的安全。但由于特高压线路电压等级高，且接触式验电需要操作人员在杆塔上进行，对操作人员带来很大的风险。因此针对特高压线路，需要一种非接触式的验电系统。

常规接触式验电系统是将导线和高压线接触，然后通过验电探头将电压引入验电器，在验电器内部对此电压进行测量后进行输出，中国专利申请CN201510915191.9公开一种“接触式验电装置”描述了此种接触式测试方法。中国专利申请CN200710171446.0公开一种“一种超、特高压工频交流直接接触式验电装置”对此进行了改进并将此方法引入了特高压工频交流输电线路。

但上述方法最突出的问题是接触式验电无法解决人员带电操作带来的安全问题。在特高压输电线路上利用接触式验电方法可能随机产生电弧击穿验电系统并威胁操作人员的生命安全。

中国专利申请CN201510843206.5“一种电力线路检测无人机”利用无人机来进行验电，但是采用导线接触验电，这种方法突出问题是当杆塔上有多回线路时，导线可能同时接触上层和线路，导致验电器击穿、无人机损毁等事故，甚至会引起输电线路相间闪络等重大安全事故。

此外，由于同塔多回线路存在多回路线路电磁感应干扰，利用中国专利申请CN201510843206.5“非接触式验电器和验电方法”所提供的测试方法，可能受多回线路的电磁干扰从而产生误判。

综上所述，还没有一种方法可以解决多回特高压交、直流线路带电测试问题，亟需一种新型的测试手段和诊断方法。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种适用于同塔多回特高压交、直流线路的无导线非接触验电系统及方法，以解决上述技术问题。本发明能够准确判断多回线路杆塔上输电线路的带电情况，具有无线传输及非接触的测试特点，且具备测试的高精度性。

为了实现上上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种适用于同塔多回特高压交、直流线路的无导线非接触验电系统，包括飞行平台、超声测距探头、电场探头、磁场探头和微处理模块；超声测距探头和微处理模块安装于飞行平台下方；飞行平台下方还固定有绝缘框架；电场探头和磁场探头固定于绝缘框架内的绝缘杆上；超声测距探头和微处理模块位于绝缘框架内；电场探头的输出端、磁场探头的输出端、超声测距探头的输出端均与微处理模块连接。

进一步的，还包括无线通信模块，无线通信模块的输入端连接微处理模块。

进一步的，还包括声光报警装置，声光报警装置的输入端连接微处理模块。

进一步的，还包括视频云台，视频云台的输出端连接微处理模块。

进一步的，绝缘框架由空心绝缘杆构成。

进一步的，电场探头的形状为球形，包含两对电极：第一对电极，用于测量垂直方向场；第二对电极用于测量水平方向的电场；电场探头具有一个能够旋转的螺杆，所述能够旋转的螺杆连接微型步进电机，可以实现360度旋转，在进行直流电场测量时可以旋转调制。

进一步的，磁场探头为磁阻传感器，分别测量空间X、Y、Z方向磁场。

一种适用于同塔多回特高压交、直流线路的无导线非接触验电的方法，包括：首先在地面上电自检，设定待验电线路电压等级、线路参数和阈值，计算并设定好飞行路线，确认完成后控制飞行平台飞行靠近特高压线路；利用超声测距探头监控飞行平台距离线路的距离，当超声测距探头测得距离小于设定距离时，控制飞行平台沿垂直方向或水平方向前进；飞行平台沿设定路线绕线路一周，电场探头、磁场探头实施采集不同位置处的电场、磁场数据并传输给微处理模块，微处理模块根据飞行平台移动路径绘制电场、磁场变化曲线，并与设定阈值比较，超过阈值时发出报警信号。

本发明中，电场探头采用容性电场探头，用于测量交流或直流线路电场。所用磁场探头采用磁阻电流传感器获得交流线路或直流线路磁场。所用的超声测距探头用于测定电、磁场探头和导线间距离。微处理单元负责控制电场探头、磁场探头和超声测距探头，获得电、磁场随位置的变化曲线。无线通信模块负责测量系统与地面监控系统通信。

本发明中，磁场探头采用磁阻电流传感器获得交流线路或直流线路磁场。磁场探头可测量空间X、Y、Z方向磁场，获得输电线路周围的三维磁场分布。

本发明中，超声测距探头是位置探测辅助系统，用于确定无人机测量输电线路周围电磁场的位置，并保证无人机避免碰到导线引起安全事故。测量时在输电线路分裂导线间隔棒出，超声测距探头测量距导线距离。若无人机距输电线路小于1米，则飞行器驻停，通告地面控制台调整运行方向。

本发明中，微处理模块采集超声探头、电场、磁场探头数据，通过无线模块传送给地面控制平台。地面控制平台根据测量距离调整无人机飞机垂直高度和水平位置。

本发明中，视频云台可以实时传输无人机拍摄图像，用于实时监测无人机的飞行路径。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

1、测量方法更加简明。本系统通过非接触的方法测量输电线路是否带电，相较于传统的人员操作接触式设备测试输电线路是否带电，此种方法操作简单，只需操纵无人机来进行测试。

2、测量实时性好。本系统通过无线通信的方法传递信号，测量结果能够实时传递给无人机操作人员，从而获得输电线路的带电情况，此种方法测试速度快，效率高，实时性也明显强于接触式测量方法。

3、测量方法更加安全可靠。通过非接触式测试方法测试同塔多回特高压交、直流线路的方法更加安全可靠，通过操作无人机靠近杆塔来判断输电线路是否带电可保证操作人员的人身安全。

附图说明

图1为本发明验电系统的安装方式及系统连接示意图；

图2为本发明原理系统框图；

图3为电场探头结构示意图；

图4为系统验电示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实例对本发明作以详细的描述：

请参阅图1所示，本发明一种适用于同塔多回特高压交、直流线路的无导线非接触验电系统，包括飞行平台10、超声测距探头20、电场探头30、磁场探头40、视频云台50、无线通信模块60、微处理模块70及声光报警装置80。

飞行平台10下方安装微处理模块70；微处理模块70左侧与超声测距探头20连接，上侧与无线通信模块60连接，其右侧安装声光报警装置80。超声测距探头20、无线通信模块60、微处理模块70及声光报警装置80通过法兰固定在飞行平台10底部。

微处理模块70下方安装视频云台50，视频云台50输出端与微处理模块70相连。采用中空轻质绝缘杆建立框架90，其上端固定于飞行平台10底部，磁场探头40和电场探头30固定于框架的中间绝缘杆91上。绝缘杆内部中空，模块之间的引线置于绝缘杆内部。本例中，绝缘框架尺寸为20cm×20cm×20cm，除用于固定作用之外，还用于保护测量探头，避免触及高压线。

本发明的系统内部结构连接图如图2所示。电场探头30与微处理模块70的通道1连接，磁场探头40输出端与微处理模块70的通道2连接，超声测距探头20的输出端与微处理模块70的通道3连接，视频云台50的输出端与微处理模块70的通道4连接。无线通信模块60的输入端与微处理模块70的通道5连接。声光报警装置80的输入端与微处理模块70的通道6连接。测试时，飞行平台10在地面系统控制下，围绕输电线路绕行一周。绕行路径距离导线上、下、左、右距离小于两导线间距的一半。在绕行路径上、下、左、右路径上实时采集电场、磁场数据。微处理模块负责控制电场探头、磁场探头和超声测距探头，获得电、磁场随位置的变化曲线。当距离导线最近时会获得电场或磁场最大值，与微处理模块设定阈值对比来确认带电和失电线路，并通过声光报警装置80报警。

电场探头30如图3所示。用于测量交流或直流线路电场。电场探头通过固定法兰安装在绝缘杆上。其形状为球形，包含两对电极，电极a1和电极a2为第一对电极，用于测量垂直方向场，电极b1和电极b2为第二对电极，用于测量水平方向的电场。探头通过可旋转螺杆连接到绝缘导杆上，微型步进电机可带动电场探头30旋转，在进行直流电场测量时可以旋转调制。在测试时，通过微型步进电机微调电极方向及位置，可寻找此时最大电场强度，并比较此电场强度与设定阈值之间的关系，当超过设定阈值时，即可通过声光报警装置80报警。

磁场探头用于测试交流或直流线路磁场。磁场探头固定绝缘杆上，形状为立方体型，采用磁阻式传感器，分别测量空间X、Y、Z方向磁场。在测试时，通过实时输出任一位置的磁场，合成后即可得到输电线路周围磁场强度。通过比较磁场强度与设定最大值之间的关系，当超过此设定阈值时，即可通过声光报警装置80报警。

验电过程以图4同塔双回线路为例。一种适用于同塔多回特高压交、直流线路的无导线非接触验电方法，包括：在进行线路验电时，首先在地面上电测量系统并进行自检，设定待验电线路电压等级和线路参数，系统计算并设定好飞行路线，确认完成即可控制飞行平台10飞行靠近特高压线路。利用超声测距监控无人机距离线路的距离，当超声测距系统测得距离小于设定距离时，控制无人机沿垂直方向或水平方向前进。本例中，分别沿着第一回线路1c、1b、1a测量完成后绕过地线，测量第二回线路2a、2b、2c带电情况。通过微处理模块采集电场、磁场数据。根据无人机移动路径绘制电场、磁场变化曲线，同时利用视频监控无人机路径。当飞行平台10飞行线路上，测试电场及磁场超过设定阈值时，地面控制系统发出信号并由飞行器微处理单元进行接收，并触发声光报警装置进行报警。特高压同塔多回线路分布形式多样，本发明设计的验电方法可根据线路分布设定测量路径，测量方法简单、实时性好，并且安全可靠，避免了现有技术在多回线路验电中的带来安全问题。